浅析10kV交联屏蔽绝缘铜管母线
在变电站内的应用
郭锋
摘要：随着变电站进入市区和住宅小区，大量大容量的变电设备的应用，使得变电站的容量越来越大，主变10kV母线的选择和安装也越来越困难。
针对实际应用的情况不难发现，在大多数地区还在沿用原来的组装式户外母线，此类母线隐患较多。
因此，选用一种新型的母线形式来代替现有的母线形式将是未来发展的趋势。
关键字：屏蔽式绝缘铜管母线、肌肤效应、能源节约
近年来，随着奥运及配套工程的大量建设，使得全国的经济飞速增长，各地区的用电负荷随之猛增。
系统运行电流越来越大，负荷越来越集中，变电站的主变容量也越来越大，以往工程中母线形式多采用多片矩形导体组装的方式，已不能很好的适应大电流（3000A以上）的工作回路，同时由此引起附加损耗大、电流分布不均、肌肤效应系数增大造成载流能力下降和接点发热等现象也越来越明显。
为保证变电站的安全可靠运行，选用新型母线材料提升主变出口母线可靠性势在必行。
1. 北京地区现状10kV母线型式：户外组装式、户内封闭母线和大截面电缆。
其他地区另有屏蔽式绝缘管母线方式。
户外组装式母线，由铝排或铜排加装热缩套绝缘处理，固定于支柱绝缘子顶部，下方设离心混凝土支柱加钢支架支撑。
优点：与常规的裸母线比较，可以有效地降低相间短路故障率，便于取材，及时方便；缺点：安装费时、费力、工序复杂，安装难度大，通过大电流（3000A以上）时接头发热现象频繁，需定期检修、试验。
适用于户内、户外。
户内封闭式母线，由开关柜厂家生产的定型产品，内部类似与组装式母线，只是母线不加绝缘护套，而在整体母线外侧加装金属箱体覆盖。
优点：与常规裸母线比较，可有效的防止相间短路；缺点：母线仍需现场组装，费时、费力、工
序复杂，安装难度大，大电流（3000A以上）时偶有接头发热现象，需定期检修、试验。
适用于户内和电缆夹层。
大截面电缆，一般地下电缆夹层或电缆隧道内敷设，如用于户外主变10kV 套管与10kV开关柜连接，则户外部分需单独增设电缆隧道。
优点：安装灵活，工序简单，可靠性高；缺点：投资偏高，大电流时（3000A以上）每相需两根并用，运行时单相两根电缆电流不平衡情况较多，严重影响电缆的输出能力，且电缆终端安装技术要求高。
适用于户内、户外、电缆夹层和电缆沟内。
屏蔽式绝缘铜管母线，其结构类似于电缆，从里到外依次为导电铜管、半导体层、聚四氟乙烯层、半导电层、导电接地屏蔽层（铜带）、热缩绝缘管和绝缘护套管。
由专业厂家生产的定型产品，优点：肌肤效应低，散热通风条件好，机械强度高，免维护；缺点：母线和接点的连接方式均为专利技术，暂时掌握在少数厂家，发展规模受限，且费用暂时偏高。
适用于户内、户外、夹层和电缆沟内。
2. 常规组装母线（包括封闭母线）和屏蔽式绝缘管母线性能比较：
由以上表中所列不难发现屏蔽式绝缘管母线较常规组装式母线的优点如下：（1）集肤效应低，载流量大，功率损失小
绝缘铜管母线为空心导体，表面积大，导体表面电流密度分布均匀，集肤效应系数低，交流电阻小，因而母线的功率损失小，特别适合大电流（3000A以上）工作回路。
（2）散热条件好、温升低
绝缘铜管母线为空心导体，且两端留有呼吸孔，母线内径自然形成空气对流通道，当管内和管外有气压差时，能自然形成空气对流，散热条件好。
（3）允许应力[σ]大、机械强度高
绝缘铜管母线的允许应力为矩形母线的4倍，可承受的短路电流大，机械强度高，使得母线支撑跨距加大，减少了支撑构件。
（4）电气绝缘性能强
绝缘铜管母线采用密封屏蔽绝缘方式，外壳接地电位为零，导电管母线电场分布均匀，避免危险的接触电压。
（5）绝缘材料耐热系数高
绝缘铜管母线主绝缘材料采用进口聚四氟乙烯，可在-250℃~+250℃中工作，有优良的电气性能和化学稳定性，介质损耗小，阻燃、耐老化、使用寿命≥40年。
（6）不受环境干扰、可靠性高
绝缘铜管母线每相外部是密封屏蔽绝缘，消除了因外界潮气、灰尘以及外物所引起的接地和相间短路故障，运行时具有较高的可靠性。
（7）母线安装简洁明了，真正实现免维护运行。
3. 经济对比分析：
假设条件：10kV母线额定电流为3150A，主变10kV套管至10kV开关室外墙轴线10.0m，10kV进线开关柜主变侧接点位置至10kV开关室主变侧外墙轴线距离2.0m，主变10kV套管与10kV开关室外墙10kV穿墙套管轴线高差1.0m，10kV 穿墙套管与开关柜顶部（或底部，用于电缆接线），高差1.0m。
各种形式母线投资情况详见下表：
由上表不难看出，现在常用的组装式绝缘母线+封闭母线混合形式投资最少，大截面电缆投资最高，高出前者74％，屏蔽式绝缘铜管母线投资居中，高出组装式母线25％，低于大截面电缆28％。
组装式绝缘母线+封闭母线形式人工最高，大截面电缆次之，屏蔽式绝缘铜管母线人工最少。
4. 能源节约
同样通流3150A，屏蔽式绝缘铜管母线铜材截面尺寸为1491.5mm2，组装式母线铜材截面为2500mm2，大截面电缆截面为3200 mm2，三者比较，屏蔽式绝缘铜管母线最节省铜材，比常规组装式母线节约40％，比大截面电缆节约53.4％。
屏蔽式绝缘铜管母线导体表面电流密度分布均匀，集肤效应系数低，交流电阻小，因而母线的功率损失小，节约电能。
5. 结论
全国各大型城市负荷发展越来越集中，主变容量越来越大，低压母线的通流越来越大，常规的组装式母线隐患、故障明显增多，已不满足电网的可靠性发展要求。
本文提出了用屏蔽式绝缘铜管母线代替常规母线的做法，可以有效地提高母线材料的利用率，提高母线机械强度，防止人身触及带电母线及金属物落到母线上产生相间短路等。
同时可以节约大量有色金属能源，降低电能损耗。
另外，采用屏蔽式绝缘铜管母线可以节省大量人工，在工期紧张的情况下，更能满足工程进度要求。
大截面电缆的灵活性最高，经经济性能论证后，特殊场合可以适当考虑使用。
当母线通流较小或事故抢修时，建议仍使用常规的组装式母线，这样更能体现其经济性的一面。
本文提出方案仅供参考，有不当之处，敬请批评指正。
屏蔽式绝缘铜管母线在变电站内的应用实例
山东时风电厂主变10kV出线（8000A）
广州220kV联众变电站主变10kV出线（3150A）
佛山电力局110kV城西变电站柜间联络（夹层内3150A）
四川220kV泸天化变电站户内母联5000A
东莞220kV白玉变电站电抗器室（4000A）
北京110kV聚源变电站10kV母线（3150A）。
